Курсовая работа (т): Адсорбционная установка. Расчет адсорбера

1 - равновесная концентрация по адсорбции бензола, кг/кг;

β - коэффициент аффиности;

н2 - концентрация бутилацетата в газовой фазе соответствующая условиям насыщения, кг/кг;

yн1 - концентрация бензола в газовой фазе соответствующая условиям насыщения, кг/кг;

y1 - равновесная концентрация бензола, кг/кг;

T1 - температура при адсорбции бензола, К;

T2 - температура при адсорбции бутилацетата, К.

По уравнению газового состояния определяем объемные концентрации:

- давление насыщенных паров бензола, мм. рт. ст.

R - универсальная газовая постоянная, КДж/моль·К

Т - температура , К

g - ускорение свободного падения, м/с2

- давление насыщенных паров бутилацетата, мм. рт. ст.

R - универсальная газовая постоянная, КДж/моль·К

Т - температура , К

g - ускорение свободного падения, м/с2

Находим равновесные концентрации для бутилацетата исходя из равновесных концентраций бензола

1)      Примем

2) Примем

3) Примем

4) Примем

5) Примем

6) Примем

По полученным данным строим изотерму адсорбции бутилацетата (рис. 1) по следующим точкам:

Рис. 1 Изотерма адсорбции бутилацетата

По графику находим Xн соответствующую концентрации yн=0,009

хн =77,7 кг/м3

.        Эквивалентный диаметр гранул адсорбента

э - эквивалентный диаметр гранул адсорбента , м;

d - диаметр гранул , мм;

l - длина гранул, мм

3.2    Площадь поперечного сечения

 - площадь поперечного сечения, м2;

H - высота решеток, м;

Dнар - наружный диаметр адсорбера, м;

Dвн - внутренний диаметр адсорбера, м

3.3    Фиктивная скорость воздушного потока

ω - фиктивная скорость воздушного потока, м/с;

G - расход паровоздушной смеси, м3/с;

Scp - площадь поперечного сечения, м2/с

3.4    Критерий Рейнольдса

 - критерий Рейнольдса;

ω - фиктивная скорость воздушного потока, м/с;

dэ - эквивалентный диаметр гранул адсорбента , м;

ρy - плотность паровоздушной смеси, кг/м3;

μy - вязкость паровоздушной смеси, Па·с

3.5    Коэффициент диффузии в газовой фазе при t = 0ºС

0 - коэффициент диффузии в газовой фазе при t=0 °C, м2/с;

M - молярная масса бутилацетата, г/моль;

υ - молярный объем бутилацетата,

При t = 20ºС

Рассчитываем диффузионный критерий Прандтля:

' - диффузионный критерий Прандтля;

D - коэффициент диффузии в газовой фазе, м2/с;

ρy - плотность паровоздушной смеси, кг/м3

Рассчитываем диффузионный критерий Нуссельта по формуле:

Находим коэффициент массоотдачи в газовой фазе по уравнению:

βyυ - объемный коэффициент массоотдачи в газовой фазе, с-1;

Nu' - диффузионный критерий Нуссельта;

D - коэффициент диффузии в газовой фазе, м2/с;

dэ - эквивалентный диаметр гранул адсорбента , м

 с-1

3.6    Определение продолжительности адсорбции

τ - продолжительность адсорбции, с;

xн - равновесная концентрация бутилацетата в твердой фазе, кг/м3;

ω - фиктивная скорость воздушного потока, м/с;

yн - начальная концентрация бутилацетата в возд. смеси, кг/м3;

L - толщина слоя адсорбента, м;

Kyυ - объемный коэффициент массопередачи, с-1;

y - допустимая концентрация бутилацетата за слоем адсорбента, кг/м3

Глава 4. Механический расчет кольцевого адсорбера

.1 Расчет тонкостенных обечаек

т.к. отношение внешнего диаметра аппарата к внутреннему( β) ≤1,5 , то толщина обечайки вычисляется по формуле:

 - внутреннее избыточное давление в корпусе, кг/см2;

Dв - внутренний диаметр корпуса, мм;

[σz] - допустимое напряжение, кг/см2;

φ - коэффициент прочности сварного шва;

C - прибавка на коррозию, мм.

Примем p=850 кг/см2 ( допустимое избыточное давление в корпусе для стали Х18Н10Т ГОСТ 5949-61) и внутренний диаметр аппарата Dв=3400 мм

ηв - коэффициент запаса прочности по отношению к пределу прочности;

σв - предел прочности металла на растяжение при температуре 20 °С, кг/см2.

ηв = 4,25

σв= 600 МПа = 5886 кг/см2

.2 Расчет выпуклых днищ и крышек

Толщина выпуклой крышки рассчитывается по формуле:

 - внутреннее избыточное давление, кг/см2;

Dн - наружный диаметр корпуса, мм;

К - фактор формы днища;

[σz] - допустимое напряжение на растяжение , кг/см2;

φ- коэффициент прочности сварного шва;

C - прибавка к расчетной толщине , мм;

По таблице находим значение К= 2,75

σв - предел прочности на разрыв при рабочей температуре, кг/см2.

Для стали Х18Н10Т σв =1500 МПа = 15306 кг/см2

4.3 Расчет болтов фланцевых соединений

Номинальный диаметр болта можно рассчитать по формуле:

 - запас прочности, принимаемый для тщательно выполненных болтов и мягкого уплотнительного материала, nB=5;

σв - предел прочности материала болта на растяжение, кг/см2 ;

Р0 - расчетное усилие на один болт, кг.

Исходя из справочных данных для тщательно выполненных болтов М12×1,2 при избыточном давлении в аппарате равном 850 кг/см2 расчетное усилие на один болт p0 = 50 кг и предел прочности материала болта (Сталь 35) σВ= 600 кг/см2

Количество болтов рассчитываем по формуле:

 -периметр линии расположения болтов, см;

б - диаметр болтовой окружности, см

S - шаг расположения болтов, см

S принимаем равной

.4 Расчет фланцев

Толщина литого фланца определяется по формуле:

Р0 - расчетное усилие на один болт, кг;

P0 = 50 кг

a - расстояние от центра болтового отверстия до стенки аппарата, см;

z - количество болтов на фланце;

Df - диаметр окружности сопряжения трубы с фланцем , см;

[σиз]- допускаемое напряжение на изгиб, кг/см2.

 - коэффициент затяжки болтов, k=2

Проверка на плотность фланцевого соединения осуществляется по формуле:

S - шаг расположения болтов, см;

P - внутреннее избыточное давление, кг/см2;

δ - толщина фланца, см.

.5 Расчет опор

Толщину ребра опоры определим по формуле:

 - вес аппарата, кг;

z - количество опор;

φ - коэффициент уменьшения выбираемый предварительно в пределах от 0,19 до 1,0;

a -вылет опоры, см;

[σd] - допускаемое напряжение на сжатие принимаемое от 800-1000 кг/см2.

Находим гибкость ребра λ:

 - высота опоры, см;

a - вылет опоры, см;

δ - толщина опоры, см.

Коэффициент уменьшения φ найдем пор формуле:

Глава 5. Расчет тепловой изоляции

Тепловая изоляция применяется для уменьшения тепловых потерь, создания необходимых условий безопасности работы и защиты поверхности от коррозии.

Для кольцевого адсорбера целесообразно применить в качестве изоляционного материала - совелит (совелитовая плита), изготовляемый из обожженного доломита (85%) и распушенного асбеста V (5%) и VI (10%) сортов.

Данный материал характеризуется относительно малой теплопроводностью (0,085 Вт/м·К) и широким температурным диапазоном (предельная температура применения 450°С)

Расчет толщины тепловой изоляции определяется по уравнению:

δ - толщина изоляции, м;

tст1 - температура пара в аппарате, °С;

tст2 - температура внешней стенки изоляции (принимаем 40°С), °С

tв - температура внешней среды, °С;

αв - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к внешней среде, Вт/м2·К;

λн - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/м·К

Коэффициенты теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к внешней среде определяется по формуле:

Коэффициент теплопроводности изоляционного материала для совелита равен 0,085 Вт/м·К

Максимальная температура в аппарате наблюдается при десорбции - 115 °С , а температура окружающей среды tв = 20 °С.